[发明专利]一种质子交换膜及其制备方法以及燃料电池

说明书

本发明提供了一种质子交换膜及其制备方法以及燃料电池。所述质子交换膜包括离子聚合物和希夫碱胺，所述希夫碱胺不带有羟基，所述质子交换膜中，希夫碱胺的质量分数在0.2％以上。所述制备方法包括：1)将配方量的离子聚合物和希夫碱胺作为溶质，与溶剂混合后得到成膜溶剂A；2)将成膜溶剂A铺于基底上，干燥后得到初膜B；3)对初膜B进行退火处理，得到所述质子交换膜。本发明提供的质子交换膜通过使用不含羟基的希夫碱胺，获得了优异的热稳定性和自由基淬灭能力，本发明提供的质子交换膜具有优异的耐久性。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，涉及一种质子交换膜及其制备方法以及燃料电池。

背景技术

质子交换膜燃料电池具有转换效率高、比能量高、功率范围广等优点，可以为需要电力的装置提供清洁、高效并且可靠的电能，主要应用于便携式、固定式发电及汽车等领域，是应用范围最广的能源解决方案。质子交换膜的老化可以导致阴阳极反应气体渗透的急剧上升，从而形成严重的混合极化并最终造成电池的彻底损坏。

为了防止由于电化学反应过程中自由基引起的化学衰减，加入自由基淬灭剂是有效的解决办法，可以在线分解与消除反应过程中自由基，提高膜的寿命。

CN109671965A公开了一种高耐久性燃料电池膜电极及其制备方法，在催化层与聚合物电解质之间添加一层内置层，该内置层包括用于传导离子的离子聚合物，以及用于清除自由基的金属氧化物。

CN108878993A公开了一种减缓质子交换膜电化学降解方法，包括(1)将含有磺酸基的离子交换树脂溶解在溶剂中，配制树脂溶液；(2)将自由基淬灭剂的纳米颗粒加入的树脂溶液中，超声分散均匀；(3)将加入自由基淬灭剂的树脂溶液浇铸到水平玻璃板上，干燥挥发溶剂成膜；得有机/无机复合型质子交换膜；或者层层复合，A、在质子交换膜的两侧表面分别制备一层自由基淬灭剂的纳米粒子层；B、再在A中的纳米粒子层上在喷涂一层磺酸基的离子交换树脂层，层层复合制备质子交换膜。

CN106558719A公开了一种具有高抗氧化性能的聚苯并咪唑/聚乙烯基苄基氯交联型高温质子交换膜及其制备方法，所述的交联膜以聚苯并咪唑为聚合物骨架，通过聚合反应，利用聚乙烯基苄基氯为交联剂，在膜内形成交联的网状结构，并在膜的两侧通过喷涂法制备具有较强自由基淬灭能力的抗氧化层，制备具有高抗氧化性能与高电导率的高温质子交换膜。

但是上述现有技术中所用到的自由基淬灭剂的可逆氧化还原能力较弱，从而导致质子交换膜的性能衰减较快。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种质子交换膜及其制备方法以及燃料电池。本发明提供的质子交换膜具有优异的耐久性。

为达上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供一种质子交换膜，所述质子交换膜包括离子聚合物和希夫碱胺，所述希夫碱胺不带有羟基，所述质子交换膜中，希夫碱胺的质量分数在0.2％以上。

本发明中，采用不带有羟基的希夫碱胺，相比于带有酚羟基的希夫碱酚胺，具有更加优良的抗氧化性能和消除自由基的性能，可以将质子交换膜的耐久性进一步提高，进而提升使用本发明的燃料电池的耐久性。

不带羟基的希夫碱胺相比于带有酚羟基的希夫碱酚胺具有更加优良的消除自由基的性能，其原理为带有酚羟基的希夫碱酚胺存在分子内氢键，其O-H或者N-H键的键解离能更大，相比不带羟基的希夫碱胺更不易解离，从而消除自由基。

本发明提供的质子交换膜中，离子聚合物的作用为传递质子。

本发明中，希夫碱胺的质量分数在0.2％以上，例如0.2％、0.5％、1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％等，其目的在于保证希夫碱胺能够充分起到提高质子交换膜稳定性的作用。

本发明中，所述希夫碱胺是指含有碳氮双键的二苯胺类化合物。